信息与能量协同传输的通信方法、装置、无人机及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种信息与能量协同传输的通信方法、装置、无人机及系统。本发明专利技术提供的信息与能量协同传输的通信方法，包括：初始化无人机的功率分布、飞行轨迹以及源点发射器与终点接收器之间的第一协作吞吐量，然后根据功率分布、飞行轨迹以及第一协作吞吐量优化计算无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，最后根据最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹进行协作通信。本发明专利技术提供的信息与能量协同传输的通信方法，通过将无线携能通信引入到无人机辅助通信中，从而使得无人机的能量限制能够通过从信源点发射的无线电信号中获取无线能量而得到有效缓解，并且使得源点发射器与终点接收器之间的协作吞吐量最大化。

Communication method, device, UAV and system for simultaneous interpreting information and energy

【技术实现步骤摘要】
信息与能量协同传输的通信方法、装置、无人机及系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种信息与能量协同传输的通信方法、装置、无人机及系统。
技术介绍
为了增强网络覆盖，满足日益增长的数据流量需求，无线网络的部署已经从传统的2D平面转移到了3D空间。按照这一趋势，无人机(UnmannedAerialVehicle，简称UAV)辅助无线通信已经引起了业界和学术界的极大关注。与传统的地面基础设施相比，由于其成本低，移动性和部署灵活性高的特性，悬停在空中的无人机更有可能建立具有更好信道条件的无线链路(例如，视距)，因此无人机辅助通信被认为能在许多实际应用中更好的支持无线通信，如公共安全和灾害管理。其中，无人机辅助无线通信的一个重要应用是在协作通信系统中作为中继，这是一种在弱信道条件下(源点与终点的存在的远距离或严重障碍)，提高通信性能和扩大覆盖范围的有效技术。作为空中移动中继，无人机能够灵活地调整位置以获得更加有利的信道条件。即使源点与终点之间的直接链路严重受阻，也能提高协作通信性能。但是，现有的无人机辅助无线通信仍然存在一些缺点，其中一个实际问题是为了迎合无人机小尺寸和轻量化的特性而导致的无人机机载电池容量有限的问题。针对这一实际问题，现有的大部分工作都集中在无人机辅助无线通信系统的能量效率改进上。相对于减少能量消耗，探索可再生能源也是另一种重要的选择。然而，远远大于无人机自身的非自主能量采集设备(例如太阳能电池板)可能会显著增加负载，从而使得能耗更高。
技术实现思路
本专利技术提供一种信息与能量协同传输的通信方法、装置、无人机及系统，以解决。第一方面，本专利技术提供一种信息与能量协同传输的通信方法，应用于信息与能量协同传输的协作通信系统，所述系统包括：源点发射器、终点接收器以及作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机，所述无人机还用于从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；所述方法包括：初始化所述无人机的功率分布、飞行轨迹以及所述源点发射器与所述终点接收器之间的第一协作吞吐量，其中，所述功率分布包括所述无人机在每个时间节点时的输出功率值，所述飞行轨迹为所述无人机包括在每个时间节点时的位置信息；根据所述功率分布、所述飞行轨迹以及所述第一协作吞吐量优化计算所述无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，其中，所述最佳决策分布包括所述无人机在每个时间节点时的工作状态，所述工作状态为作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机或从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；根据所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹进行协作通信，以使所述源点发射器与所述终点接收器之间的协作吞吐量最大化。在一种可能的设计中，所述根据所述功率分布、所述飞行轨迹以及所述第一协作吞吐量优化计算所述无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，包括：根据所述功率分布以及所述飞行轨迹优化计算所述无人机的决策分布；根据所述决策分布以及所述飞行轨迹更新所述功率分布；根据所述决策分布以及所述功率分布更新所述飞行轨迹；根据所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹计算所述源点发射器与所述终点接收器之间的第二协作吞吐量；判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的容差值；若判断结果为是，则输出所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹分别作为所述无人机的所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹。在一种可能的设计中，判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的容差值，判断结果为否；将所述第一协作吞吐量更新为所述第二协作吞吐量；根据所述功率分布以及所述飞行轨迹优化计算所述无人机的决策分布；根据所述决策分布以及所述飞行轨迹更新所述功率分布；根据所述决策分布以及所述功率分布更新所述飞行轨迹；根据所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹更新所述源点发射器与所述终点接收器之间的第二协作吞吐量；判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的所述容差值；若判断结果为是，则输出所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹分别作为所述无人机的所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹。在一种可能的设计中，所述根据所述功率分布以及所述飞行轨迹计算所述无人机的决策分布，包括：将所述决策分布的决策变量松弛为0到1的连续变量，以使所述决策分布的优化计算问题转化为线性规划问题；对所述线性规划问题进行求解以获得所述决策分布。在一种可能的设计中，所述根据所述决策分布以及所述飞行轨迹更新所述功率分布，包括：根据拉格朗日乘子法将所述功率分布的优化计算问题转化为拉格朗日对偶方程求解问题；对所述拉格朗日对偶方程进行最优解的求解以获得所述功率分布。在一种可能的设计中，所述根据所述决策分布以及所述功率分布更新所述飞行轨迹，包括：根据所述决策分布以及所述功率分布计算所述无人机单位时间内的轨迹增量；根据所述飞行轨迹中的初始位置参数以及所述轨迹增量更新所述飞行轨迹。在一种可能的设计中，在输出所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹分别作为所述无人机的所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹之前，还包括：对所述最佳决策分布进行二进制化，以使当所述无人机在所述最佳决策分布的值为1时，作为所述源点发射器与所述终点接收器之间的中继，当所述无人机在所述最佳决策分布的值为0时，从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量。第二方面，本专利技术还提供一种信息与能量协同传输的通信装置，应用于信息与能量协同传输的协作通信系统，所述系统包括：源点发射器、终点接收器以及作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机，所述无人机还用于从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；包括：初始化模块，用于初始化所述无人机的功率分布、飞行轨迹以及所述源点发射器与所述终点接收器之间的第一协作吞吐量，其中，所述功率分布包括所述无人机在每个时间节点时的输出功率值，所述飞行轨迹为所述无人机包括在每个时间节点时的位置信息；优化计算模块，用于根据所述功率分布、所述飞行轨迹以及所述第一协作吞吐量优化计算所述无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，其中，所述最佳决策分布包括所述无人机在每个时间节点时的工作状态，所述工作状态为作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机或从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；协作通信模块，用于根据所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹进行协作通信，以使所述源点发射器与所述终点接收器之间的协作吞吐量最大化。在一种可能的设计中，所述优化计算模块，具体用于：根据所述功率分布以及所述飞行轨迹优化计算所述无人机的决策分布；根据所述决策分布以及所述飞行轨迹更新所述功率分布；根据所述决策分布以及所述功率分布更新所述飞行轨迹；根据所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹计算所述源点发射器与所述终点接收器之间的第二协作吞吐量；判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的容差值；若判断结果为是，则输出所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹分别作为所述无人机的所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹。在一种可能的设计中，所述优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信息与能量协同传输的通信方法，其特征在于，应用于信息与能量协同传输的协作通信系统，所述系统包括：源点发射器、终点接收器以及作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机，所述无人机还用于从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；所述方法包括：初始化所述无人机的功率分布、飞行轨迹以及所述源点发射器与所述终点接收器之间的第一协作吞吐量，其中，所述功率分布包括所述无人机在每个时间节点时的输出功率值，所述飞行轨迹为所述无人机包括在每个时间节点时的位置信息；根据所述功率分布、所述飞行轨迹以及所述第一协作吞吐量优化计算所述无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，其中，所述最佳决策分布包括所述无人机在每个时间节点时的工作状态，所述工作状态为作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机或从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；根据所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹进行协作通信，以使所述源点发射器与所述终点接收器之间的协作吞吐量最大化。

【技术特征摘要】
1.一种信息与能量协同传输的通信方法，其特征在于，应用于信息与能量协同传输的协作通信系统，所述系统包括：源点发射器、终点接收器以及作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机，所述无人机还用于从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；所述方法包括：初始化所述无人机的功率分布、飞行轨迹以及所述源点发射器与所述终点接收器之间的第一协作吞吐量，其中，所述功率分布包括所述无人机在每个时间节点时的输出功率值，所述飞行轨迹为所述无人机包括在每个时间节点时的位置信息；根据所述功率分布、所述飞行轨迹以及所述第一协作吞吐量优化计算所述无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，其中，所述最佳决策分布包括所述无人机在每个时间节点时的工作状态，所述工作状态为作为所述源点发射器与所述终点接收器之间通信中继的无人机或从所述源点发射器所发送的源信号中收集能量；根据所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹进行协作通信，以使所述源点发射器与所述终点接收器之间的协作吞吐量最大化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述功率分布、所述飞行轨迹以及所述第一协作吞吐量优化计算所述无人机的最佳决策分布、最佳功率分布以及最佳飞行轨迹，包括：根据所述功率分布以及所述飞行轨迹优化计算所述无人机的决策分布；根据所述决策分布以及所述飞行轨迹更新所述功率分布；根据所述决策分布以及所述功率分布更新所述飞行轨迹；根据所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹计算所述源点发射器与所述终点接收器之间的第二协作吞吐量；判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的容差值；若判断结果为是，则输出所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹分别作为所述无人机的所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的容差值，判断结果为否；将所述第一协作吞吐量更新为所述第二协作吞吐量；根据所述功率分布以及所述飞行轨迹优化计算所述无人机的决策分布；根据所述决策分布以及所述飞行轨迹更新所述功率分布；根据所述决策分布以及所述功率分布更新所述飞行轨迹；根据所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹更新所述源点发射器与所述终点接收器之间的第二协作吞吐量；判断所述第二协作吞吐量与所述第一协作吞吐量之差是否小于预设的所述容差值；若判断结果为是，则输出所述决策分布、所述功率分布以及所述飞行轨迹分别作为所述无人机的所述最佳决策分布、所述最佳功率分布以及所述最佳飞行轨迹。4.根据权利要求2所示的方法，其特征在于，所述根据所述功率分布以及所述飞行轨迹计算所述无人机的决策分布，包括：将所述决策分布的决策变量松弛为0到1的连续变量，以使所述决策分布的优化计算问题转化为线性规划问题；对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹斯星，赵伊菲，李立华，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11